DE3225690C2

DE3225690C2 -

Info

Publication number: DE3225690C2
Application number: DE3225690A
Authority: DE
Inventors: Ermanno Ansaldi; Stefano Turin/Torino It Re Fiorentin
Original assignee: Weber SRL
Current assignee: Weber SRL
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1992-04-09
Also published as: IT1144295B; DE3225690A1; IT8167961A0; FR2509460B1; US4475406A; FR2509460A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Durchflusses eines Strömungsmittels in einer Leitung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the flow of a fluid in a line, according to Preamble of claim 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 34 73 378 bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind in der Wandung der Leitung zwei elektroakustische Wandler entlang einer Geraden im Abstand voneinander angeordnet, die schräg zur Achse der Leitung geneigt ist. Die Wandler setzen jeweils abwechselnd und zyklisch während eines ersten Zyklusabschnittes ein aus einem Oszillator an sie angelegtes elektrisches Signal in eine Ultraschallwelle um und wandeln während eines zweiten Zyklusabschnittes eine von dem jeweils anderen Wandler herkommende, das Strömungsmittel durchquerende Ultraschallwelle in ein elektrisches Signal um. Die von den Wandlern abgegebenen elektrischen Signale werden einem Phasendiskriminator zugeführt. Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators wird durch eine Auswerteschaltung ausgewertet, die eine Anzeigeeinrichtung ansteuert.A device of this type is known from US-PS 34 73 378. In this device are in the wall of the line two electroacoustic transducers along a straight line spaced from each other, which is oblique to the axis of the Line is inclined. The converters alternate and cyclically on off during a first cycle section an oscillator electrical signal applied to them in an ultrasonic wave and convert during a second Cycle section one coming from the other converter, ultrasonic wave traversing the fluid into an electrical signal. The delivered by the converters electrical signals become a phase discriminator fed. The output signal of the phase discriminator is evaluated by an evaluation circuit that a display device controls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß sie über eine gesteigerte Meßgenauigkeit verfügt und sich besonders für den Einsatz in Kraftfahrzeugen zum Messen des Luftdurchsatzes von Motoren mit direkter Einspritzung eignet.The invention has for its object a device of the type specified above in such a way that they has an increased measuring accuracy and is particularly for use in motor vehicles to measure air flow of engines with direct injection.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved according to the invention in a generic device by the in the characterizing part of the claim 1 specified measures solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Eine dieser Weiterbildungen besteht darin, daß ein Kollimatorelement in der Leitung angeordnet ist, welches deren Querschnitt einnimmt und in Strömungsrichtung vor den Wandlern angeordnet ist. Dieses Kollimatorelement weist zahlreiche, parallel zur Achse der Leitung verlaufende Durchgangsöffnungen oder Kanäle auf. Dieser Weiterbildung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Einsatz der Meßvorrichtung in Kraftfahrzeugen zum Messen des Luftdurchsatzes von Motoren mit direkter Einspritzung die Werte des zu messenden Massendurchsatzes typischerweise zwischen 0 und 150 g in der Sekunde liegen und sich unvorhergesehen plötzlich ändern können. Es besteht ein guter Zusammenhang zwischen der Abweichung der Phase der Ultraschallwellen und dem Massendurchsatz der Luft nur dann, wenn eine geringe, stationäre Strömung (20 g/s) vorliegt. Diese Bedingung ist nicht mehr zuverlässig erfüllt, wenn die Strömung im Inneren der Leitung turbulent ist und die Radialkomponenten proportional wesentlich größer sind als die Axialkomponenten der Geschwindigkeitsvektoren. Die Kollimatoreinrichtung schafft hier Abhilfe.Advantageous developments of the invention are in the subclaims specified. One of these training courses exists in that a collimator element is arranged in the line which takes their cross-section and in the direction of flow is arranged in front of the transducers. This collimator element exhibits numerous, parallel to the axis of the line running through openings or channels. This continuing education is based on the knowledge that when used the measuring device in motor vehicles for measuring the air flow the values of direct injection engines of the mass flow rate to be measured typically between 0 and 150 g per second and are unforeseen can suddenly change. There is a good relationship between the deviation of the phase of the ultrasonic waves and the mass flow rate of the air only if a small, steady flow (20 g / s) is present. This condition is no longer reliably met when the flow inside the pipe is turbulent and the radial components are proportional are much larger than the axial components of the Velocity vectors. The collimator device creates remedy here.

Es ist an sich bereits aus der US-PS 40 80 837 bekannt gewesen, bei einer Vorrichtung zum Messen des Durchflusses eines Strömungsmittels durch ein Meßrohr mittels Ultraschallwellen eine Kollimatoreirichtung in Strömungsrichtung vor den Wandlern anzuordnen. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch zur Strömungsmessung eines Öl-Wasser-Gemisches vorgesehen und beruht auf der Auswertung von Frequenzdifferenzen.It has already been known per se from US Pat. No. 4,080,837, in a device for measuring the flow of a Fluid through a measuring tube using ultrasonic waves a collimator in the flow direction before Arrange transducers. However, this known device is intended for flow measurement of an oil-water mixture and is based on the evaluation of frequency differences.

Weitere Fortbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend in Verbindung mit den Ausführugsbeispiele darstellenden, zum Teil schematisch vereinfachten Figuren beschrieben. In diesen sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, und es sind alle zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Einzelheiten fortgelassen worden. Es zeigtFurther developments and refinements of the invention are and are characterized in the subclaims below in connection with the execution examples illustrative, partly simplified schematically Figures described. In these are corresponding to each other Provide parts with the same reference numerals, and they are not all for understanding the invention necessary details have been omitted. It shows

Fig. 1 die vektorielle Darstellung der Geschwindigkeit des Strömungsmittels in einer Meßröhre und der Ausbreitungsgeschwindigkeit zweier Ultraschallwellen in jener Meßröhre, Fig. 1, the vectorial representation of the velocity of the fluid in a measuring tube and the propagation velocity of two ultrasonic waves in that measuring tube,

Fig. 2 ein Schema einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung zusammen mit einem Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung, Fig. 2 is a diagram of a measuring apparatus according to the invention together with a block diagram of an electrical circuit,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der an verschiedenen Meßpunkten des Blockschaltbildes von Fig. 2 entnommenen Signale, Fig. 3 shows the time course of the products taken off at various points of the block diagram of Fig. 2 signals,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von schräg oben einer bevorzugten Ausführungsform eines bestimmten Teiles der Meßvorrichtung von Fig. 2. Fig. 4 is a perspective view obliquely from above of a preferred embodiment of a certain part of the measuring device of FIG. 2.

In Fig. 1 ist schematisch die Wechselwirkung zwischen einem mit der Geschwindigkeit sich bewegenden Strömungsmittel 5 und zwei Ultraschallwellen 3, 4 dargestellt, die von zwei Wandlern 1, 2 erzeugt werden, deren beide Wandler verbindende Linie einen Winkel ϑ mit der Fließrichtung der Strömungsmittel bildet. Jeder der zwei Wandler 1, 2 ist derart ausgebildet, daß jeder einen Teil der vom anderen Wandler erzeugten und längs dieser die beiden Wandler verbindenden Linie abgestrahlten Ultraschallwelle empfangen kann. Die entsprechende Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. der Ultraschallwelle 3 bzw. 4 könnte aus dem in dieser Figur dargestellten Vektordiagramm entnommen sein, dessen kreisförmiger Verlauf (durch gestrichelte Linie dargestellt) als Radius den Betrag der Schallgeschwindigkeit in dem Strömungsmittel in der dargestellten Ansicht hat.In Fig. 1 the interaction between a with the speed of the moving fluid 5 and two ultrasonic waves 3, 4 is shown schematically, which are produced by two transducers 1, 2, the two transducer line connecting an angle θ with the flow direction of the fluid forms. Each of the two transducers 1, 2 is designed such that each can receive a part of the ultrasonic wave generated by the other transducer and emitted along this line connecting the two transducers. The corresponding propagation speed or the ultrasound wave 3 or 4 could be taken from the vector diagram shown in this figure, the circular course of which (represented by the dashed line) as the radius has the magnitude of the speed of sound in the fluid in the view shown.

In Fig. 2 ist eine insgesamt mit 33 bezeichnete Meßvorrichtung zur Messung des Strömungsmitteldurchflusses beim Durchgang durch das Innere der Meßröhre 6, genaugenommen vom Eingangsbereich 6a bis zum Ausgangsbereich 6b, dargestellt.In Fig. 2, is generally indicated at 33 measuring device for measuring the fluid flow as it passes through the interior of the measuring tube 6, strictly speaking, from the entrance area 6 a b to the starting portion 6 shown.

Die Meßvorrichtung 33 enthält im wesentlichen ein Strömungsmeßgerät 11 der die Meßröhre 6 durchlaufenden Meßflüssigkeit, eine Übertragungseinheit 12, eine Eingangs- und Auswerteeinheit 14 und eine Zeitsteuereinheit 13.The measuring device 33 essentially contains a flow measuring device 11 of the measuring liquid passing through the measuring tube 6 , a transmission unit 12 , an input and evaluation unit 14 and a time control unit 13 .

In dem Strömugsmeßerät 11 sind das Paar elektroakustische Wandler 1, 2 (s. Fig. 1) enthalten, von denen jeder in der Wand 7 eines die Meßröhre 6 bildenden Rohres 8 angeordnet ist. Die Wandler 1, 2 sind gegenüberliegend mit einer geneigten Achse angeordnet, die um einen vorgegebenen Winkel (vorteilhaft der Winkel ϑ in Fig. 1) in bezug auf die Achse der Meßröhre 6 geneigt ist. Das Strömungsmeßgerät 11 enthält ein Kollimatorelement 9 (besser beschrieben in der Ausführungsform der Fig. 4), das den Querschnitt einer Zone 10 der Meßröhre 6 einnimmt, die zwischen dem Eingangsbereich 6a und dem Ausgangsbereich 6b der Meßröhre 6, jedoch in Strömungsrichtung vor dem Paar der elektroakustischen Wandler 1, 2 liegt. The pair of electroacoustic transducers 1, 2 (see FIG. 1) are contained in the flow measuring device 11 , each of which is arranged in the wall 7 of a tube 8 forming the measuring tube 6 . The transducers 1, 2 are arranged opposite one another with an inclined axis which is inclined by a predetermined angle (advantageously the angle ϑ in FIG. 1) with respect to the axis of the measuring tube 6 . The flow meter 11 contains a collimator element 9 (better described in the embodiment of Fig. 4), which occupies the cross section of a zone 10 of the measuring tube 6 , which is between the input region 6 a and the output region 6 b of the measuring tube 6 , but in the flow direction before Pair of electroacoustic transducers 1, 2 lies.

Die Übertragungseinheit 12 enthält nacheinander in Kaskadenschaltung verbunden einen Oszillator 22 und einen Verstärker 21. Der Oszillator 22 erzeugt während der Zeitintervalle von vorgegebener Dauer ein sinusförmiges oder rechteckförmiges elektrisches Signal, dessen Frequenz im Falle einer Messung eines vergasten bzw. gasförmigen Strömungsmitteldurchflusses eine Größenordnung von einigen hundert KHz hat und im Falle der Messung eines flüssigen Strömungsmitteldurchflusses vorzugsweise eine Größenordnung von einigen MHz hat.The transmission unit 12 contains an oscillator 22 and an amplifier 21 connected in cascade connection. The oscillator 22 generates a sinusoidal or rectangular electrical signal during the time intervals of a predetermined duration, the frequency of which in the case of a measurement of a gasified or gaseous fluid flow rate is of the order of a few hundred KHz and preferably of the order of a few MHz in the case of a measurement of a liquid fluid flow rate Has.

Die Eingangs- und Auswerteeinheit enthält in Kaskadenschaltung verbunden, beginnend beim Ausgang der beiden Schalter 15, 16, ein Paar Verstärker 23, 24, einen Phasen- Diskriminator 25 und eine Torschaltung 26. Der Ausgang der Torschaltung 26 ist mit dem Eingang einer Auswerteschaltung 27 verbunden, deren Aussgang eine Anzeigeeinheit 28 speist, z. B. eine mehrstellige Sieben-Segment- Ziffernanzeige.The input and evaluation unit contains a cascade connection, starting with the output of the two switches 15, 16 , a pair of amplifiers 23, 24 , a phase discriminator 25 and a gate circuit 26 . The output of the gate circuit 26 is connected to the input of an evaluation circuit 27 , the output of which feeds a display unit 28 , e.g. B. a multi-digit seven-segment numerical display.

Die Zeitsteuereinheit 13 enthält drei Zeitglieder bzw. Bauteile 30, 31 und 32, deren jeweiliger Eingang von einem Pulsgenerator 29 gespeist wird. Der Ausgang des Pulsformers 30 ist mit dem Eingang des Oszillators 22, der Ausgang des Pulsformers 31 ist mit einem Eingang von der Torschaltung 26 und der Ausgang des Pulsformers 32 ist mit je einem Eingang der Schalter 15, 16 verbunden.The timing control unit 13 contains three timing elements or components 30, 31 and 32 , the respective input of which is fed by a pulse generator 29 . The output of the pulse shaper 30 is connected to the input of the oscillator 22 , the output of the pulse shaper 31 is connected to an input of the gate circuit 26 and the output of the pulse shaper 32 is connected to one input of the switches 15, 16 .

In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der elektrischen Signale V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆ in entsprechender zeitlicher Zuordnung dargestellt, die an verschiedenen Meßpunkten des Blockschaltbildes aus Fig. 2 entnommen sind. In Fig. 3, the time course of the electrical signals V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆ is shown in a corresponding time assignment, which are taken at different measuring points of the block diagram of Fig. 2.

Wie aus Fig. 1 und 4 ersichtlich, besitzt das Kollimatorelement 9 eine Struktur, deren Querschnitt im wesentlichen einer Bienenwabe entspricht, welche die gleichen Außenabmessungen wie der Querschnitt der Meßröhre 6 der dazugehörigen Zone 10 hat, sowie eine Vielzahl von zueinander parallelen und zur Achse der Meßröhre 6 parallelen Durchgangsöffnungen bzw. Kanälen 34. Das Kollimatorelement 9 kann aus einem ausreichend festen und widerstandsfähigen Material hergestellt sein, so daß das Verhältnis der vom Material in Anspruch genommenen Teilfläche zur freien Fläche aller Durchgangslöcher 34 sehr gering ist.As seen from Fig. 1 and 4, the collimator 9 is a structure whose cross section substantially corresponds to a honeycomb, which has the same outer dimensions as the cross section of the measuring tube 6 of the associated zone 10, and a plurality of mutually parallel and to the axis of Measuring tube 6 parallel through openings or channels 34 . The collimator element 9 can be made of a sufficiently strong and resistant material, so that the ratio of the partial area occupied by the material to the free area of all through holes 34 is very small.

Bevor nachfolgend die Beschreibung der Funktion der Meßvorrichtung 33 erfolgt, werden vorher kurz die theoretischen Grundlagen des Zusammenhanges zwischen der Phasendifferenz der von den Wandlern 1, 2 empfangenen Ultraschallwellen und der in der Meßröhre 6 enthaltenen Strömungsmitteldurchfluß angegeben. Zur Einführung wird die im allgemeinen gut zutreffende Hypothese aufgestellt, daß die Geschwindigkeit der Strömungsmittel in Betrag und Richtung in allen Punkten der Meßröhre 6 konstant sei.Before the description of the function of the measuring device 33 follows, the theoretical foundations of the relationship between the phase difference between the ultrasound waves received by the transducers 1, 2 and the fluid flow rate contained in the measuring tube 6 are briefly given. For the introduction, the generally well-accepted hypothesis is made that the speed of the fluid is constant in magnitude and direction in all points of the measuring tube 6 .

In Verbindung mit Fig. 1 gilt für den Betrag der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer vom Wandler 1 ausgesandten und sich in Richtung zum Wandler 2 längs der Verbindungslinie ausbreitenden Ultraschallwelle folgende Formel:In connection with FIG. 1, the following formula applies to the amount of the propagation speed of an ultrasound wave emitted by the transducer 1 and propagating in the direction of the transducer 2 along the connecting line:

und analog gilt für den Betrag der Ausbreitungsgeschwindigkeit C₂ einer vom Wandler 2 ausgesandten und sich in Richtung zum Wandler 1 längs der Verbindungslinie ausbreitenden Ultraschallwelle folgende Formel:and analogously, the following formula applies to the amount of the propagation speed C₂ of an ultrasound wave emitted by the transducer 2 and propagating in the direction of the transducer 1 along the connecting line:

Bezeichnet man mit "ν" die Frequenz der Ultraschallwellen und mit "d" den inneren Durchmesser der Meßröhre 6, so ergibt sich die Phasenänderung der vom Wandler 1 abgestrahlten und zum Wandler 2 laufenden Ultraschallwelle durch folgende Formel:If one designates the frequency of the ultrasonic waves with "ν" and with "d" the inner diameter of the measuring tube 6 , the phase change of the ultrasonic wave emitted by the transducer 1 and traveling to the transducer 2 results from the following formula:

Analog ergibt sich für die Phasenänderung der vom Wandler 2 abgestrahlten und zum Wandler 1 laufenden Ultraschallwelle folgende Formel:Analogously, the following formula results for the phase change of the ultrasonic wave emitted by transducer 2 and traveling to transducer 1 :

Die Differenz zwischen der Phasenänderung aus Formel (3) und (4) ergibt sich zuThe difference between the phase change from formula (3) and (4) results in

und unter Verwendung der Abkürzungand using the abbreviation

ergibt sich diese zuresults yourself this too

Im größten Teil der Anwendungen kann der Term vernachlässigt werden, so daß der Zusammenhang der Phasendifferenz δϕ und des Strömungsmittelmengendurchsatzes linear wird. Bezeichnet man mit "G" den Massendurchfluß und mit "ρ" die Dichte des Strömungsmittels, so gilt:In most of the applications, the term can be neglected be so that the context of the Phase difference δϕ and the fluid flow rate becomes linear. One designates with "G" the mass flow and with "ρ" the density of the fluid, the following applies:

Durch Einsetzen von Formel (7) in Formel (6) ergibt sich:By inserting formula (7) into formula (6) results yourself:

Für alle Strömungsmittel ist das Produkt ρc² charakteristisch für das Strömungsmittel in Abhängigkeit von ihren thermodynamischen Bedingungen; für Strömungsmittel gilt:The product ρc² is characteristic for all fluids for the fluid depending on their thermodynamic conditions; for fluids applies:

ρc² = 1/x ,ρc² = 1 / x,

wobei x die adiabatische Kompressibilität ist, für Gase ergibt sich:where x is the adiabatic compressibility, for gases surrendered:

ρc² = γp ,ρc² = γp,

wobei γ das Verhältnis der spezifischen Wärmen C_p und C_v ist und p der Gasduck ist.where γ is the ratio of the specific heats C _p and C _v and p is the gas pressure.

Nachfolgend wird die Funktion der Meßvorrichtung 33 beschrieben.The function of the measuring device 33 is described below.

Das Strömungsmittel, dessen Durchflußmenge gemessen werden soll, wird im Eingangsbereich 6a der Meßröhre 6 eingespeist, durchfließt das Kollimatorelement 9 und den Bereich, in dem die elektroakustischen Wandler 1, 2 angeordnet sind und strömt anschließend durch den Ausgangsbereich 6b aus der Meßröhre 6. Durch die besondere Struktur des Kollimatorelementes 9 können die Radialkomponenten des Geschwindigkeitsvektors der im Eingangsbereich 6a eingespeisten Strömungsmittel vernachlässigt werden. Die Funktion der elektronischen Schaltung wird in zwei Schaltzustände unterteilt. Beim ersten Schaltzustand sind die elektroakustischen Wandler über die Anschlußklemmen 17 und 19 des Schalters 15 bzw. 16 mit dem Ausgang der Übertragungseinheit 12 verbunden. Im zweiten Schaltzustand sind die elektroakustischen Wandler 1, 2 über die Anschlußklemmen 18 und 20 des Schalters 15 bzw. 16 mit je einem Eingang der Eingangs- und Auswerteeinheit 14 verbunden.The fluid, the flow rate of which is to be measured, is fed into the input region 6 a of the measuring tube 6 , flows through the collimator element 9 and the region in which the electroacoustic transducers 1, 2 are arranged and then flows through the output region 6 b from the measuring tube 6 . Due to the special structure of the collimator element 9 , the radial components of the speed vector of the fluids fed into the input area 6 a can be neglected. The function of the electronic circuit is divided into two switching states. In the first switching state, the electroacoustic transducers are connected to the output of the transmission unit 12 via the connection terminals 17 and 19 of the switches 15 and 16, respectively. In the second switching state, the electroacoustic transducers 1, 2 are connected to an input of the input and evaluation unit 14 via the connection terminals 18 and 20 of the switch 15 and 16, respectively.

Die jeweils eingenommene Schaltstellung der Schalter 15 und 16 ist abhängig vom Pegel des Signals V₅, das vom Pulsformer 32 geformt wird und in Fig. 3 dargestellt ist; die Torschaltung 26 wird durch den Pegel des Signals V₆ aktiviert, das vom Pulsformer 31 geformt wird und in Fig. 3f dargestellt ist; und schließlich wird der Oszillator 22 durch den Pegel des Signals V₄ aktiviert, das vom Pulsformer 30 geformt wird.The respectively assumed switching position of the switches 15 and 16 is dependent on the level of the signal V₅, which is formed by the pulse shaper 32 and is shown in Fig. 3; the gate circuit 26 is activated by the level of the signal V₆, which is formed by the pulse shaper 31 and is shown in Fig. 3f; and finally the oscillator 22 is activated by the level of the signal V₄, which is shaped by the pulse shaper 30 .

Diese Pulsformer 30, 31, 32 werden, wie schon oben angeführt, durch den Pulsgenerator 29 aktiviert, dessen Ausgangsspannung V₃ in Fig. 3c dargestellt ist. Somit wird durch die positive Pulsanstiegsflanke des Signals V₃ das erforderliche Triggersignal für die durch die Pulsformer 30, 31, 32 erzeugten Pulsfolgen der Signale V₄, V₅ und V₆ geliefert.This pulse shaper 30, 31, 32 are, as already mentioned above, activated by the pulse generator 29 , the output voltage V₃ is shown in Fig. 3c. Thus, the required trigger signal for the pulse sequences generated by the pulse formers 30, 31, 32 of the signals V₄, V₅ and V₆ is supplied by the positive pulse rising edge of the signal V₃.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltstellung der Schalter 15 und 16 entspricht dem vorgeschriebenen ersten Schaltzustand.The switching position of switches 15 and 16 shown in FIG. 2 corresponds to the prescribed first switching state.

Während des ersten Schaltzustandes wird das vom Oszillator 22 erzeugte Signal über den Verstärker 21 und die Anschlußklemmen 17 und 19 des Schalters 15 bzw. 16 beiden elektroakustischen Wandlern 1, 2 zugeführt, die wiederum jeweils eine durch die Strömungsmittel sich ausbreitende Ultraschalldruckwelle aussenden, die vom gegenüberliegenden Wandler empfangen wird. Die Zeitdauer, während der das Signal dem Wandler zugeführt wird, ist in Fig. 3a mit To bezeichnet.During the first switching state, the signal generated by the oscillator 22 is fed via the amplifier 21 and the connecting terminals 17 and 19 of the switches 15 and 16, respectively, to two electroacoustic transducers 1, 2 , which in turn each emit an ultrasonic pressure wave that propagates through the fluid and that flows from the opposite one Converter is received. The period of time during which the signal is fed to the converter is denoted by To in FIG. 3a.

Der erste Schaltzustand wird somit durch die Umschaltung der Schalter 15 und 16 in Richtung auf die Anschlußklemmen 18 bzw. 20 beendet. Jede stattgefundene Umschaltung wird durch die Signale V₅ am Ende der Zeitdauer T₄ veranlaßt, wie in Fig. 3e dargestellt.The first switching state is thus ended by switching switches 15 and 16 towards terminals 18 and 20, respectively. Each changeover that takes place is triggered by the signals V₅ at the end of the period T₄, as shown in FIG. 3e.

Hierdurch wird der zweite Schaltzustand eingeleitet, während dessen der jeweils gegenüberliegende Wandler die mittels seiner Empfangselemente empfangenen Signale an den jeweils zugeordneten Eingang der Eingangs- und Auswerteeinheit 14 zuführt. Die Empfangssignale der Wandler 1, 2 werden über den jeweiligen Verstärker 23 bzw. 24 dem Phasen-Diskriminator 25 zugeführt, durch den die Phasendifferenz gemessen wird. Das Ausgangssignal des Phasen-Diskriminators 25 wird nur während der Zeitdauer T₆, wie in Fig. 3a gezeigt, zur Auswerteschaltung 27 weitergeleitet und durch letztere gemäß dem Zusammenhang zwischen der gemessenen Phasendifferenz und dem Strömungsmitteldurchsatz ausgewertet. Der Ausgang der Auswerteschaltung 27 steuert schließlich die Anzeigeeinheit 28. This initiates the second switching state, during which the respective opposite converter feeds the signals received by means of its receiving elements to the respectively assigned input of the input and evaluation unit 14 . The received signals from the converters 1, 2 are fed via the respective amplifiers 23 and 24 to the phase discriminator 25 , by means of which the phase difference is measured. The output signal of the phase discriminator 25 is only forwarded to the evaluation circuit 27 during the time period T₆, as shown in FIG. 3a, and is evaluated by the latter according to the relationship between the measured phase difference and the fluid throughput. The output of the evaluation circuit 27 finally controls the display unit 28 .

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung der Meßvorrichtung 33 zeigt deutlich, wie die Nachteile der bisher bekannten Meßvorrichtungen vermieden werden.The inventive design of the measuring device 33 described above clearly shows how the disadvantages of the previously known measuring devices are avoided.

Die Verwendung des Kollimatorelementes 9 erlaubt auch eine recht zuverlässige Messung des Strömungsmitteldurchsatzes bei stärkeren Turbulenzen, wie es bei Gasen der Fall ist.The use of the collimator element 9 also allows a fairly reliable measurement of the fluid throughput in the event of stronger turbulence, as is the case with gases.

Aufgrund der Schnelligkeit der Messung bzw. der kurzen Meßzeit eignet sich die Meßvorrichtung 33 besonders zum Messen des Strömungsmitteldurchsatzes in der Automobiltechnik, insbesondere bei Motoren mit direkter Einspritzung. In der Tat senden die zwei elektroakustischen Wandler während einer Meßzeit ungefähr 40 Ultraschallwellen aus (z. B. während 160 µ bei einer Frequenz von 250 kHz), die von den gleichen elektroakustischen Wandlern nacheinander empfangen werden, so daß man Meßzeiten in der Größenordnung von 400 µs erzielt, während bekannte Meßvorrichtungen keine Meßzeiten unterhalb einiger ms erreichen können.Because of the speed of the measurement or the short measuring time, the measuring device 33 is particularly suitable for measuring the fluid throughput in automotive engineering, in particular in engines with direct injection. In fact, the two electroacoustic transducers emit approximately 40 ultrasonic waves (e.g. 160 µ at a frequency of 250 kHz) during a measurement time, which are received by the same electroacoustic transducers in succession, so that measurement times of the order of 400 µs achieved, while known measuring devices can not achieve measuring times below a few ms.

Die Verwendung des Pulsformers 30 begrenzt die Zeitdauer, in der die Signale zu den Wandlern 1, 2 ausgesandt werden, wodurch das die elektromagnetischen Signale begleitende unerwünschte Hintergrundrauschen eliminiert wird.The use of pulse shaper 30 limits the amount of time that the signals are sent to transducers 1, 2 , thereby eliminating the unwanted background noise accompanying the electromagnetic signals.

Bei einigen der obigen Motoren kommt es auch vor, daß zu vorgegebenen Zeiten umgekehrte Strömungen einer gewissen Größe vorkommen. Daher kann es günstig sein, ein zweites Kollimatorelement bevorzugt, nicht weit entfernt vom Kollimatorelement 9, unmittelbar nach (bezogen auf die normale Strömungsrichtung) den Wandlern 1, 2 und vor dem Ausgangsbereich 6b der Meßröhre 6 anzuordnen. Dadurch ist es möglich, den Flüssigkeitsdurchsatz der oben erwähnten umgekehrten Strömungsrichtung und den effektiven Luftdurchsatz bei Motoren genau zu messen.Some of the above motors also have reverse flows of a certain size at predetermined times. Therefore, it can be favorable, a second collimating preferably, not far from the collimating element 9, directly (with respect to the normal flow direction) of the transducers 1, 2 and before the exit region 6 of the sensing tube to arrange b. 6 This makes it possible to accurately measure the liquid flow rate of the above-mentioned reverse flow direction and the effective air flow rate in engines.

Claims

1. Device for measuring the flow of a fluid in a line, with two electroacoustic transducers arranged in the wall of the line, which lie opposite one another on a straight line inclined to the axis of the line and each have an electrical signal applied by an oscillator into a through the fluid converting the ultrasound wave arriving at the other transducer or converting an ultrasound wave emanating from the other transducer into an electrical signal, with a phase discriminator for detecting the phase difference between the electrical signals emitted by the transducers, and an evaluation circuit which controls a display device and evaluates the output signal of the phase discriminator, a timing device and a switching device controlled by this, which the transducers alternately and cyclically during a first cycle section to the oscillator and during a second cycle section to the Applies phase discriminator, characterized in that between the phase discriminator ( 25 ) and the evaluation circuit ( 27 ) a gate circuit ( 26 ) is inserted, which is controlled by the time control device in such a way that the output signal of the phase discriminator ( 25 ) only during a period ( T₆) is forwarded to the evaluation circuit ( 27 ), which is shorter than the second cycle section (T₂-T₄).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the time control device ( 30, 31, 32 ) contains a time control circuit ( 30 ) which the oscillator ( 22 each during the first cycle section (T₄) of a cycle (T₂) for a period (T₀ ) that is shorter than the first cycle section (T₄).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the time control circuits ( 30, 31 ) of the time control device are controlled synchronously by a separate oscillator ( 29 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the display device ( 28 ) is a multi-digit display.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a collimator device ( 9 ) is arranged in the flow path of the fluid upstream of the transducers ( 1, 2 ) and occupies the cross section of the line ( 7 ) and with several, parallel to the axis of Line extending channels ( 34 ) is provided.

6. The device according to claim 5, characterized in that the channels ( 34 ) of the collimator device ( 9 ) are honeycomb-shaped in cross section.

7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that a second collimator element is arranged in the flow path of the fluid downstream of the transducers ( 1, 2 ).